GPS在防波堤施工水下地形測(cè)量中的應(yīng)用分析

【摘 要】介紹了地形測(cè)量的方法，探討了應(yīng)用過(guò)程中GPS技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)、施測(cè)的作業(yè)方法，結(jié)合 GPS 水下地形測(cè)量的經(jīng)驗(yàn)，分析了在應(yīng)用無(wú)驗(yàn)潮模式下 GPS 水下地形測(cè)量技術(shù)上存在的不足，從測(cè)量制度、質(zhì)量監(jiān)控、測(cè)量選擇、測(cè)量規(guī)定等方面探討了改進(jìn)的途徑，提出了建設(shè)性意見。

【關(guān)鍵詞】GPS；地形測(cè)量；控制測(cè)量；碎部測(cè)量

地形測(cè)量指的是測(cè)繪地形圖的作業(yè)，即對(duì)地球表面的地物、地形在水平面上的投影位置和高程進(jìn)行測(cè)定，并按一定比例縮小，用符號(hào)和注記繪制成地形圖的工作。地形測(cè)量包括控制測(cè)量和碎部測(cè)量?jī)蓚€(gè)部分。控制測(cè)量是測(cè)定一定數(shù)量的平面和高程控制點(diǎn)，為地形測(cè)圖做依據(jù)。而碎部測(cè)量是測(cè)繪地物地貌的作業(yè)。

地物特征點(diǎn)、地形特征點(diǎn)統(tǒng)稱為碎部點(diǎn)。

1、地形測(cè)量的方法

按所用儀器不同，有平板儀測(cè)圖法、經(jīng)緯儀和小平板儀聯(lián)合測(cè)圖法、經(jīng)緯儀（配合輕便展點(diǎn)工具）測(cè)圖法及GPS數(shù)據(jù)采集法等。

2、GPS技術(shù)

GPS技術(shù)是美軍于20世紀(jì)70年代初在“子午儀衛(wèi)星導(dǎo)航定位”

技術(shù)上發(fā)展起來(lái)的具有全球性、全能性（陸、海洋、航空與航天）、全天候性優(yōu)勢(shì)的導(dǎo)航、定位、定時(shí)、測(cè)速系統(tǒng)。隨著GPS技術(shù)的進(jìn)一步成熟，GPS系統(tǒng)廣泛地應(yīng)用于民用領(lǐng)域，并日益發(fā)揮了其卓越的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。GPS系統(tǒng)包括3部分：空間部分-GPS衛(wèi)星星座；地面控制部分-地面監(jiān)控系統(tǒng)；用戶設(shè)備部分-GPS信號(hào)接收機(jī)。GPS技術(shù)目前用于測(cè)繪方面的主要有動(dòng)態(tài)和靜態(tài)兩種。

3、GPS技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)點(diǎn)

1）可操作性強(qiáng)。不需要固定多的人員參與，在人員少的時(shí)候，也可以進(jìn)行作業(yè)。

2）測(cè)量范圍廣。GPS技術(shù)測(cè)量范圍可以很大。可按需要布設(shè)控制網(wǎng)，簡(jiǎn)化加密級(jí)別，省去聯(lián)測(cè)過(guò)渡點(diǎn)。

3）測(cè)量精度高。國(guó)內(nèi)的儀器作業(yè)精度可達(dá)（1—2）×10-6mm，國(guó)外可達(dá)0.1×10-6mm，可建立比常規(guī)測(cè)量精度更高的控制網(wǎng)。

4）各個(gè)聯(lián)測(cè)點(diǎn)之間不要求通視，不必建造高規(guī)標(biāo)。

5）觀測(cè)自動(dòng)化程度高。外業(yè)用電鈕操作，內(nèi)業(yè)用計(jì)算機(jī)處理數(shù)據(jù)，作業(yè)時(shí)間短，效率高。

6）不受時(shí)間限制，可24 h作業(yè)。

4、GPS技術(shù)在地形測(cè)量中的實(shí)踐

應(yīng)用GPS技術(shù)在地形測(cè)量中，不一定要遵守先控制、后測(cè)圖的原則，控制測(cè)量、碎部測(cè)圖可以同時(shí)進(jìn)行，甚至可以先測(cè)圖后控制，只是后者需將碎部成圖，以控制點(diǎn)為基準(zhǔn)借助成圖軟件進(jìn)行測(cè)站糾正。

4.1測(cè)量工序

地形測(cè)量的工序主要分為2個(gè)環(huán)節(jié)：一是控制測(cè)量與計(jì)算機(jī)輔助平差計(jì)算；二是碎部數(shù)據(jù)采集與軟件編圖成圖。

4.2測(cè)量方法

控制測(cè)量：一般可選用靜態(tài)GPS作基本控制導(dǎo)線（網(wǎng)）。

為滿足測(cè)區(qū)地形圖測(cè)量的需要，測(cè)區(qū)利用國(guó)家等級(jí)控制點(diǎn)為起始點(diǎn)，發(fā)展一個(gè)E級(jí)GPS控制網(wǎng)作為該礦區(qū)的首級(jí)控制。外業(yè)觀測(cè)采用GPS接收機(jī)以快速靜態(tài)模式進(jìn)行同步觀測(cè)。觀測(cè)時(shí)精確量取天線高度2次，讀數(shù)較差在3 mm以內(nèi)取中數(shù)記入接收機(jī)內(nèi)，正確輸入測(cè)站名稱及年月日，每天觀測(cè)結(jié)束后，及時(shí)將數(shù)據(jù)下載到計(jì)算機(jī)，對(duì)觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，符合有關(guān)規(guī)定，即可進(jìn)行GPS網(wǎng)的平差計(jì)算工作。

GPS網(wǎng)的平差計(jì)算采用隨機(jī)軟件進(jìn)行平差計(jì)算。

觀測(cè)數(shù)據(jù)導(dǎo)入后，進(jìn)行各觀測(cè)邊的基線處理，在所有基線的整周模糊度分解數(shù)都大于3后，通過(guò)GPS網(wǎng)平差設(shè)置，選擇其三維無(wú)約束平差進(jìn)行平差，平差后其平面坐標(biāo)和高程精度為：最弱點(diǎn)點(diǎn)位中誤差Dx=0.001 8 m，Dy=0.005 5 m，Dz=0.003 5，最弱邊相對(duì)中誤差1/423 923，允許1/20 000，滿足了規(guī)范所規(guī)定的要求。

5、應(yīng)用分析

5.1測(cè)定水面高程

由于水面高程是決定GPS測(cè)深結(jié)果的重要因素，因此，在開始測(cè)量前需要測(cè)定水面高程。從方便測(cè)量角度而言，水面高可以采用對(duì)中桿加移動(dòng)臺(tái)的方法來(lái)測(cè)量，然而會(huì)對(duì)精度造成損失。影響因素一是GPS測(cè)高程的精度往往在幾個(gè)cm左右；二是海面一直在運(yùn)動(dòng)，即使在海況良好的情況下，也很難保證測(cè)得的水面高是真實(shí)的。在某防波堤工程實(shí)例中，曾經(jīng)間隔5 min測(cè)量2次水面高程，第1次在1個(gè)已知點(diǎn)附近，實(shí)測(cè)水面高程為0.77 m，但此處風(fēng)浪較大；第2次在水尺附近，風(fēng)浪很小，實(shí)測(cè)水面高程為0.88 m；而根據(jù)水尺記錄的水位實(shí)際為0.82 m。

5.2 GPS無(wú)驗(yàn)潮的可靠性

在防波堤工程中，經(jīng)常會(huì)遇到控制點(diǎn)少，且控制點(diǎn)的網(wǎng)形不理想的情況。在平直海岸，由于控制點(diǎn)近乎成直線分布，對(duì)測(cè)量定位的精度保證很不利，因此應(yīng)當(dāng)作適當(dāng)?shù)男：恕：厩埌l(fā)棟等給出了繪制水位曲線的方法來(lái)進(jìn)行驗(yàn)證，實(shí)際回到了驗(yàn)潮測(cè)量的方法上。在有條件時(shí)，可以在海上建測(cè)量平臺(tái)；如果工程較小，測(cè)量平臺(tái)費(fèi)用很高，則可在岸邊水位變化區(qū)設(shè)置簡(jiǎn)易已知點(diǎn)，供檢查校核GPS之用。

5.3要嚴(yán)格執(zhí)行測(cè)量規(guī)定

大家都已經(jīng)熟知無(wú)規(guī)矩不成方圓這一個(gè)普遍的道理，GPS水下地形測(cè)量工作必須要遵循這一重要原則。我們要嚴(yán)格地執(zhí)行GPS水下地形測(cè)量合同的文件和標(biāo)準(zhǔn)，并且要按照GPS水下地形測(cè)量技術(shù)規(guī)范進(jìn)行測(cè)量工作。要想保證GPS水下地形測(cè)量的質(zhì)量，我們必須要認(rèn)真、科學(xué)地測(cè)量和管理，規(guī)范GPS水下地形測(cè)量技術(shù)，嚴(yán)格控制GPS水下地形測(cè)量的質(zhì)量。任何一個(gè)GPS水下地形測(cè)量在實(shí)施之前都必須要進(jìn)行認(rèn)真、全面地調(diào)查，制定出一份詳細(xì)的GPS水下地形測(cè)量設(shè)計(jì)方案，更何況是在無(wú)驗(yàn)潮模式下的測(cè)量。我們應(yīng)在做好相關(guān)的審查工作以后，再進(jìn)行GPS水下地形測(cè)量。在測(cè)量的過(guò)程中，必須要有一個(gè)很高的標(biāo)準(zhǔn)和要求，根據(jù)相關(guān)的GPS水下地形測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)來(lái)進(jìn)行，不能不經(jīng)過(guò)相關(guān)人員的同意就對(duì)GPS水下地形測(cè)量方案進(jìn)行更改。

6、結(jié)語(yǔ)

GPS技術(shù)應(yīng)用于防波堤施工水下地形測(cè)量，從測(cè)量精度上基本可以滿足規(guī)范的要求。但由于防波堤水下施工經(jīng)常包含大量水下挖泥、炸礁、回填等土石方工程，即便是0.05m的測(cè)量誤差，也可能產(chǎn)生數(shù)十萬(wàn)的費(fèi)用。因此，在實(shí)際應(yīng)用中還應(yīng)盡量與驗(yàn)潮方式配合使用，使2種作業(yè)方式相互參考。

GPS測(cè)量使用的設(shè)備比較多，異地施工時(shí)，過(guò)多的設(shè)備攜帶很不方便，特別是基準(zhǔn)站架設(shè)時(shí)需要天線和電臺(tái)，使用起來(lái)還顯繁瑣；而且有些防波堤施工現(xiàn)場(chǎng)的控制點(diǎn)比較少，或者控制點(diǎn)的精度不高，都可能限制測(cè)量結(jié)果的精度。應(yīng)用ContinuousOperation alReferenceSystem（連續(xù)運(yùn)行衛(wèi)星定位服務(wù)綜合系統(tǒng)），可以很好地彌補(bǔ)常規(guī)GPS的不足。其優(yōu)點(diǎn)是：初始化時(shí)間短，幾分鐘即可完成；差分工作范圍大，突破了數(shù)據(jù)鏈傳輸距離的限制；采用連續(xù)基站，隨時(shí)可以觀測(cè)，使用方便；擁有完善的數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)，可以有效地消除系統(tǒng)誤差和周跳，增強(qiáng)差分作業(yè)的可靠性；不需架設(shè)基準(zhǔn)站，可實(shí)現(xiàn)單機(jī)作業(yè)；提供的數(shù)據(jù)精度均勻，適合防波堤工程水下施工定位工作。

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